В чем измеряется напряжение двигателя

Как измерить ток на двигатель постоянного тока?

Я пытаюсь измерить ток двигателя постоянного тока на машине RC, которую я разобрал. Автомобиль питается от 3 батареек типа АА и, кажется, сделан из трех разных плат. Две платы предназначены для переключателей и светодиодов, другая — основная в этом снимке, которую я пытаюсь измерить, чтобы заменить ее на Arduino.

Я пытаюсь измерить силу тока в двигателе, а также двигатель в задней части этого выстрела. Я попытался использовать свой мультиметр на 20 мА, 200 мА и 10 А без каких-либо ощутимых показаний, и он всегда останавливает радиоуправляемую машину.

Должен ли я быть в состоянии получить разумный результат?

Редактировать: все фотографии, которые у меня есть, на этой странице

Я попытался подключиться к двигателю напрямую и к проводам, ведущим к нему как до, так и после этого конденсатора.

Изменить: Еще раз спасибо за помощь всем. Я собираюсь дать ему еще один шанс в ближайшее время и опубликовать некоторые фотографии конфигурации, как только я это начну

Из предоставленных вами фотографий видно, что вы пытаетесь измерить ток без отключения двигателя, подключив амперметр параллельно к двигателю.

Амперметр будет иметь очень низкое сопротивление (идеальный амперметр будет иметь нулевое сопротивление, чтобы он не влиял на измеряемый ток). Делая это, вы закорачиваете двигатель (ну, на самом деле, вы закорачиваете цепь, которая приводит в движение мотор, но это не имеет значения). Это, конечно, останавливает автомобиль, и, между прочим, создает дополнительную нагрузку на цепь управления, которая может его повредить.

Вы должны подключить амперметр последовательно с двигателем — отсоедините любой из проводов и подключите амперметр примерно так:

В качестве альтернативы тому, что сказал sharptooth:

Если это резистор, подключенный последовательно к двигателю (слева внизу; зеленое устройство, возможно, синее, серое, золотые кольца = 6,8 Ом; не уверен; также может быть просто индуктором для подавления радиопомех), вы можете измерить напряжение U на этом резисторе. Р. Так что вам не нужно открывать какие-либо связи.

Ток I = U / R (закон Ома).

Это измерение повлияет на фактический ток меньше, чем при установке амперметра, поскольку сопротивление современных измерителей напряжения настолько велико (вероятно, около 100 кОм-МОм), что им можно пренебречь, тогда как сопротивление амперметров (возможно, 0,1-1 Ом; в зависимости от диапазон) все еще недостаточно низок при измерении «больших» токов.

Вместо того, чтобы пытаться измерить ток двигателя, пока он находится в цепи, я бы измерял двигатель сам по себе. Это проще сделать, и давайте выясним, каковы ограничения, а не только то, к чему ведет схема.

Отключите двигатель и запустите его от источника питания напряжением 4,5 В, чего можно ожидать от трех последовательных батарей типа АА. Если у вас есть блок питания, который может показывать ток, то этого будет достаточно. Я ожидаю, что ток будет по крайней мере несколько 100 мА, что большинство источников питания будет показывать с разумным разрешением. Если нет, подключите амперметр последовательно с двигателем для измерения тока. Начните со шкалы 1А.

Есть два измерения, которые вы должны сделать, чтобы почувствовать двигатель. Первый — с двигателем, работающим без нагрузки. Пусть колеса свободно вращаются. Таким образом, двигатель будет потреблять минимальный ток. Затем попробуйте на короткое время, удерживая колеса, чтобы ничего не вращалось. Таким образом, двигатель будет потреблять максимальный ток. Это также известно как «ток торможения», который вы бы увидели в его спецификации, если бы он был у вас. Дайте колесам немного повернуться, чтобы получить ток остановки в разных положениях двигателя. Двигатели постоянного тока с щеткой могут иметь немного различное потребление тока за оборот в зависимости от того, какая комбинация катушек активируется щетками.

Если у вас есть минимальный и максимальный ток, вы можете создать схему привода вокруг него. Поскольку вам, вероятно, нужен переменный привод и двунаправленный, вы хотите управлять двигателем с помощью Н-моста, управляемого ШИМ от микро. Я не знаю, какие возможности у Arduino, но есть настоящие микросхемы с оборудованием ШИМ, специально предназначенные для управления такими H-мостами. Это облегчает изменение направления, разрыв ручки перед выполнением и т. Д.

Ток электрического двигателя, какой он должен быть и как определить силу тока электродвигателя, формулы.

Возможно Вам известно, что именно электрический ток, который протекает по обмоткам электрического двигателя заставляет его ротор вращаться вокруг своей оси! Именно по причине движения потока заряженных частиц (электронов) внутри медного проводника, порождающих электромагнитные силы, создается вращающий момент (из за отталкивания магнитных полей друг от друга). Следовательно, зная ток двигателя мы можем многое сказать о самом электродвигателе (его мощность, исправность, режим работы и т.д.).

Для начала предлагаю картинку с формулами, которые позволяют вычислить силу тока из основных характеристик электрического двигателя:

Немного пояснения к формулам. Первая формула определяет номинальный ток двигателя для постоянного тока, выражаемый в амперах. Вторая же формула вычисляет номинальную силу тока для переменного вида тока, также в амперах. Наиболее значимой характеристикой для электродвигателя (пожалуй и не только для него) является его электрическая мощность. Её величиной принято считать ваты, но поскольку мы оперируем относительно большими мощностями (в сравнении с небольшими потребителями, такими как зарядка телефона, светильник, телевизор и т.д.), то для удобства она уже выражается в киловаттах (кВт). Естественно в формуле указана номинальная мощность двигателя.

Не менее основной характеристикой, наравне с мощностью, является напряжение электродвигателя, которое подаётся на него в виде питания, и напрямую связанную с величиной тока двигателя. Выражается оно в вольтах (В). Стандартным напряжением считается 220 и 380 вольт. В однофазной сети используются электрические двигатели с напряжением питания 220 В. Ну, а в трёхфазной сети, естественно, двигатели ставят на напряжение 380 В. Хотя на трёхфазный двигатель можно подать и 220 вольт, применяя дополнительный конденсатор, для пуска.

Как и в любых других электрических устройствах и приборах у электродвигателя есть свои потери (зависящие от материала, качества сборки, конструкции и т.д.). Следовательно у каждого двигателя имеется свой коэффициент полезного действия. Он показывает, на сколько хорошо преобразуется электрическая энергия в электрическую (какой процент идет на полезное действие, а какой расходуется впустую). Естественно, этот КПД (коэффициент полезного действия, влияющий на ток двигателя) должен быть максимально возможным и стремится к 100%. В нашей формуле он перемножается на номинальное напряжение.

И последней характеристикой, значительно влияющей на ток двигателя, которая имеется в формуле (для переменного тока) является так называемый косинус фи. Что это такое? Вам должно быть известно, что переменный ток, протекая по катушке, имеет свойство сдвигаться не некоторый временной промежуток относительно напряжения. В свою очередь это не совсем благоприятное явление, которое отрицательно влияет на саму работу электродвигателя. Этот косинус фи в идеале должен быть равен единице. А в реальности он обычно немного меньше нее. Эта самая небольшая разница снижает общий КПД движка, увеличивая энергетические потери.

Таким образом мы с вами видим, что обычная формула нахождения тока двигателя через мощность и напряжение (ток равен электрическая мощность деленная на напряжение) приобретает более точный вид, путём введения в нее дополнительных факторов (характеристик), непосредственно влияющих на работу электродвигателя. Это коэффициент полезного действия и косинус фи (для переменного тока). Обычно все эти номинальные характеристики указываются на самом корпусе двигателя. И чтобы их узнать достаточно просто их прочитать. Но нередки случаи, когда эта самая маркировка стерлась. Тут то нам и пригодится формула.

Если нам особой точности в вычислении не нужно, то просто делим известную нам электрическую мощность на напряжение, получаем примерный номинальный ток двигателя. Если нам известно электрическое напряжение и сопротивление обмоток (которое можно измерить обычным тестером, мультиметром), то мы напряжение делим на сопротивление (выражается в омах). Ну и самым простым практическим способом узнать силу тока электродвигателя будет просто его измерить при работе движка амперметром, токовыми клещами. Учтите, для тех кто не знает, ток измеряется в разрыв цепи, то есть, мы измерительные щупы ставим как бы между самим разрывом провода, питающего двигатель.

Мощность постоянного тока

Определения и формулы

Мощность – это работа, произведенная за единицу времени. Электрическая мощность равна произведению тока на напряжение: P=U∙I. Отсюда можно вывести другие формулы для мощности:

Единицу измерения мощности получим, подставив в формулу единицы измерения напряжения и тока:

Единица измерения электрической мощности, равная 1 ВА, называется ватом (Вт). Название вольт-ампер (ВА) используется в технике переменного тока, но только для измерения полной и реактивной мощности.

Единицы измерения электрической и механической мощности связаны следующими соотношениями:

1 Вт =1/9,81 кГ•м/сек ≈1/10 кГ•м/сек;

1 кГ•м/сек =9,81 Вт ≈10 Вт;

1 л.с. =75 кГ•м/сек =736 Вт;

1 кВт =102 кГ•м/сек =1,36 л.с.

Если не учитывать неизбежных потерь энергии, то двигатель мощностью 1 кВт может перекачивать каждую секунду 102 л воды на высоту 1 м или 10,2 л воды на высоту 10 м.

1. Нагревательный элемент электрической печи на мощность 500 Вт и напряжение 220 В выполнен из проволоки высокого сопротивления. Рассчитать сопротивление элемента и ток, который через него проходит (рис. 1).

Ток найдем по формуле электрической мощности P=U∙I,

откуда I=P/U=(500 Bm)/(220 B)=2,27 A.

Сопротивление рассчитывается по другой формуле мощности: P=U^2/r,

откуда r=U^2/P=(220^2)/500=48400/500=96,8 Ом.

2. Какое сопротивление должна иметь спираль (рис. 2) плитки при токе 3 А и мощности 500 Вт?

Для этого случая применим другую формулу мощности: P=U∙I=r∙I∙I=r∙I^2;

отсюда r=P/I^2 =500/3^2 =500/9=55,5 Ом.

3. Какая мощность превращается в тепло при сопротивлении r=100 Ом, которое подключено к сети напряжением U=220 В (рис. 3)?

4. В схеме на рис. 4 амперметр показывает ток I=2 А. Подсчитать сопротивление потребителя и электрическую мощность, расходуемую в сопротивлении r=100 Ом при включении его в сеть напряжением U=220 В.

P=U∙I=220∙2=440 Вт, или P=U^2/r=220^2/110=48400/110=440 Вт.

5. На лампе указано лишь ее номинальное напряжение 24 В. Для определения остальных данных лампы соберем схему, показанную на рис. 5. Отрегулируем реостатом ток так, чтобы вольтметр, подключенный к зажимам лампы, показывал напряжение Uл=24 В. Амперметр при этом показывает ток I=1,46 А. Какие мощность и сопротивление имеет лампа и какие потери напряжения и мощности возникают на реостате?

Мощность лампы P=Uл∙I=24∙1,46=35 Вт.

Ее сопротивление rл=Uл/I=24/1,46=16,4 Ом.

Падение напряжения на реостате Uр=U-Uл=30-24=6 В.

Потери мощности в реостате Pр=Uр∙I=6∙1,46=8,76 Вт.

6. На щитке электрической печи указаны ее номинальные данные (P=10 кВт; U=220 В).

Определить, какое сопротивление представляет собой печь и какой ток проходит через нее при работе P=U∙I=U^2/r;

r=U^2/P=220^2/10000=48400/10000=4,84 Ом; I=P/U=10000/220=45,45 А.

7. Каково напряжение U на зажимах генератора, если при токе 110 А его мощность равна 12 кВт (рис. 7)?

Так как P=U∙I, то U=P/I=12000/110=109 В.

8. На схеме на рис. 8 показана работа электромагнитной токовой защиты. При определенном токе электромагнит ЭМ, который удерживается пружиной П, притянет якорь, разомкнет контакт К и разорвет цепь тока. В нашем примере токовая защита разрывает токовую цепь при токе I≥2 А. Сколько ламп по 25 Вт может быть одновременно включено при напряжении сети U=220 В, чтобы ограничитель не сработал?

Защита срабатывает при I=2 А, т. е. при мощности P=U∙I=220∙2=440 Вт.

Разделив общую мощность одной лампы, получим: 440/25=17,6.

Одновременно могут гореть 17 ламп.

9. Электрическая печь имеет три нагревательных элемента на мощность 500 Вт и напряжение 220 В, соединенных параллельно.

Каковы общее сопротивление, ток и мощность при работе печи (рис.91)?

Общая мощность печи P=3∙500 Вт =1,5 кВт.

Результирующий ток I=P/U=1500/220=6,82 А.

Результирующее сопротивление r=U/I=220/6,82=32,2 Ом.

Ток одного элемента I1=500/220=2,27 А.

Сопротивление одного элемента: r1=220/2,27=96,9 Ом.

10. Подсчитать сопротивление и ток потребителя, если ваттметр показывает мощность 75 Вт при напряжении сети U=220 В (рис.10).

Так как P=U^2/r, то r=U^2/P=48400/75=645,3 Ом.

Ток I=P/U=75/220=0,34 А.

11. Плотина имеет перепад уровней воды h=4 м. Каждую секунду через трубопровод на турбину попадает 51 л воды. Какая механическая мощность превращается в генераторе в электрическую, если не учитывать потерь (рис. 11)?

Механическая мощность Pм=Q∙h=51 кГ/сек ∙4 м =204 кГ•м/сек.

Отсюда электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

12. Какую мощность должен иметь двигатель насоса, перекачивающего каждую секунду 25,5 л воды с глубины 5 м в резервуар, расположенный на высоте З м? Потери не учитываются (рис. 12).

Общая высота подъема воды h=5+3=8 м.

Механическая мощность двигателя Pм=Q∙h=25,5∙8=204 кГ•м/сек.

Электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

13. Гидроэлектростанция получает из водохранилища на одну турбину каждую секунду 4 м3 воды. Разница между уровнями воды в водохранилище и турбине h=20 м. Определить мощность одной турбины без учета потерь (рис. 13).

Механическая мощность протекающей воды Pм=Q∙h=4∙20=80 т/сек•м; Pм=80000 кГ•м/сек.

Электрическая мощность одной турбины Pэ=Pм:102=80000:102=784 кВт.

14. У двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением обмотка якоря и обмотка возбуждения соединены параллельно. Обмотка якоря имеет сопротивление r=0,1 Ом, а ток якоря I=20 А. Обмотка возбуждения имеет сопротивление rв=25 Ом, а ток возбуждения равен Iв=1,2 А. Какая мощность теряется в обеих обмотках двигателя (рис. 14)?

Потери мощности в обмотке якоря P=r∙I^2=0,1∙20^2=40 Вт.

Потери мощности в обмотке возбуждения

Общие потери в обмотках двигателя P+Pв=40+36=76 Вт.

15. Электроплитка на напряжение 220 В имеет четыре переключаемые ступени нагрева, что достигается путем различных включений двух нагревательных элементов с сопротивлениями r1 и r2, как это показано на рис. 15.

Определить сопротивления r1 и r2, если первый нагревательный элемент имеет мощность 500 Вт, а второй 300 Вт.

Так как мощность, выделяемая в сопротивлении, выражается формулой P=U∙I=U^2/r, то сопротивление первого нагревательного элемента

а второго нагревательного элемента r2=U^2/P2 =220^2/300=48400/300=161,3 Ом.

В положении ступени IV сопротивления соединяются последовательно. Мощность электроплитки в этом положении равна:

P3=U^2/(r1+r2 )=220^2/(96,8+161,3)=48400/258,1=187,5 Вт.

В положении ступени I нагревательные элементы соединены параллельно и результирующее сопротивление равно: r=(r1∙r2)/(r1+r2)=(96,8∙161,3)/(96,8+161,3)=60,4 Ом.

Мощность плитки в положении ступени I: P1=U^2/r=48400/60,4=800 Вт.

Эту же мощность получим, сложив мощности отдельных нагревательных элементов.

16. Лампа с вольфрамовой нитью рассчитана на мощность 40 Вт и напряжение 220 В. Какие сопротивление и ток имеет лампа в холодном состоянии и при рабочей температуре 2500 °С?

Мощность лампы P=U∙I=U^2/r.

Отсюда сопротивление нити лампы в горячем состоянии rt=U^2/P=220^2/40=1210 Ом.

Сопротивление холодной нити (при 20 °С) определим по формуле rt=r∙(1+α∙∆t),

откуда r=rt/(1+α∙∆t)=1210/(1+0,004∙(2500-20) )=1210/10,92=118 Ом.

Через нить лампы в горячем состоянии проходит ток I=P/U=40/220=0,18 А.

Ток при включении равен: I=U/r=220/118=1,86 А.

При включении ток примерно в 10 раз больше, чем ток горячей лампы.

17. Каковы потери напряжения и мощности в медном контактном проводе электрифицированной железной дороги (рис. 16)?

Провод имеет сечение 95 мм2. Двигатель электропоезда потребляет ток 300 А на расстоянии 1,5 км от источника тока.

Потеря (падение) напряжения в линии между точками 1 и 2 Uп=I∙rп.

Сопротивление контактного провода rп=(ρ∙l)/S=0,0178∙1500/95=0,281 Ом.

Падение напряжения в контактном проводе Uп=300∙0,281=84,3 В.

Напряжение Uд на зажимах двигателя Д будет на 84,3 В меньше, чем напряжение U на зажимах источника Г.

Падение напряжения в контактном проводе во время движения электропоезда меняется. Чем дальше электропоезд удаляется от источника тока, тем длиннее линия, а значит, больше ее сопротивление и падение напряжения в ней. Ток по рельсам возвращается к заземленному источнику Г. Сопротивление рельсов и земли практически равно нулю.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Измерение сопротивления двигателя

Как известно, обычный мультиметр не может нормально измерить сопротивление порядка 1 ома и ниже. Такое сопротивление имеют измерительные шунты и … обмотки двигателей. И не мудрено. Длина провода одной обмотки двигателя мощностью 260 Вт составляет всего-лишь 30 см.

Для тех, кто любит побыстрее ролик на 1 мин.

Что есть сопотивление двигателя?

Лично у меня сразу возник этот вопрос. Ведь оттуда торчит 3-4 провода (4-й средняя точка звезды). Ответ лежит на поверхности — это сопротивление между любыми двумя проводами (для 3х проводных). Обычно мотают 3 обмотки и соединяют в общем случае либо в звезду, либо в треугольник. На самом деле вариантов тьма тьмущая, но смысл один — сопротивление обмоток, соединенных в треугольник меньше, чем соединеных в звезду. Поэтому для них нужно меньшее напряжение, а ток получается выше. А мы помним, что момент пропорционален току. Чтобы не перегревать обмотки их соединяют в звезду, но при этом падает мощность, поэтому повышают напряжение. Также, двигатели «со звездой» в 1.73 раза крутятся медленнее чем «с треугольником» при одинаковом напряжении. Схему выбирают в зависимоти от нужного момента и требуемой скорости вращения при заданном напряжении. Подробнее неплохо расписано тут.

Как и чем измерять?

И здесь нам опять поможет закон Ома R = U/I. В зависимости от диаметра провода обмотки (которую, обычно, видно), можно прикинуть максимальный ток и отсюда определить максимальное напряжение источника питания. В моем случае имеется двигатель с неизвестными параметрами. На глазок, диаметр провода 0.5 мм, тогда по табличке определяем примерное сопротивление R=0,1 Ом на 1 м, а также длительно допустимый ток не более Iдоп = 1А. В моторе 12 зубьев, т.е. по 4 зуба на обмотку. Можно очень примерно прикинуть кол-во витков и средний диаметр зуба чтобы грубо вычислить длину провода. При соединении в звезду на 2 обмотки в моем моторе больше 1 м вряд-ли влезет, поэтому в первом приближении буду ориентироваться на величину сопротивления 0,1 Ом.

Далее вспомним про кратность пускового тока порядка K = 7 для переменного тока, а для постоянного импульсного можно вполне взять K = 10 (это почти наобум, но с хорошим запасом — см. список в конце статьи). Отсюда делаем вывод, что при измерении сопротивления нужно обеспечить кратковременный ток около I = Iдоп*K = 1*10 = 10А. Это значит, что нам нужно подать напряжение U = I*R = 10 * 0,1 = 1В. Довольно маленькое напряжение при довольно большом токе. Выбор пал на пару оставшихся в живых Ni-Cd аккумуляторов от шуруповерта. Они обеспечивают большой ток разряда при номинальном напряжении 1.2В. В прошлый раз я измерил их внутреннее сопротивление и получил 0.13 и 0.22 Ома соответственно. Остальные 10 штук совсем дохлые. Соединенные параллельно они должны дать около I = U/(Re+R) = 1.2/(0.13*0.22/(0.13+0.22) + 0.1) = 6.6 А. Не много, но ничего мощнее под рукой не оказалось. Если под рукой нет подходящего источника питания можно попробовать подобрать токоограничивающий резистор достаточной мощности чтобы погасить на себе излишки. Если есть источник 5В (например, компьютерный БП обычно дает 12А и более), то в моем случае потребуется шунт Rш = U/I — R = 5/10 — 0.1 = 0.4 Ом. Найти такое сопротивление будет не просто, тем более что оно должно быть мощностью 40W или хотябы кратковременно пропускать такую мощность. Можно посмотреть в сторону ламп накаливания…

Ну а дальше все просто. Кратковременно подключаем нашу батарею к любым двум выводам двигателя. Быстро замеряем напряжение и ток. Делим одно на другое и получаем искомое сопротивление.

Само собой, для измерения я задействовал свой приборчик на Arduino. Честно говоря, изначально именно для этого измерения он и был собран.

Перед измерением хорошенько накачал аккумуляторы. Батарея выдала аж 20 мОм, видимо немного раскачались. А измеренное сопротивление нашего подопытного бесколлекторного двигателя 112 мОм оказалось очень близким к прикидочному и косвенно подтвердило предположение о соединении обмоток в звезду. Так что способ подсчета кол-ва витков также работает, но тут нет гарантии, что намотка не проводилась жгутом из нескольких проводов, да и при малом диаметре и большой плотности навивки подсчитать кол-во витков бывает очень затруднительно.

Зачем вообще это надо?

Знать сопротивление нужно чтобы исходя из диаметра проводов обмоток определить допустимую электрическую мощность двигателя или если проще, то какое максимальное напряжение можно подать на двигатель чтобы он не перегрелся. В современных двигателях постоянного тока все чаще применяют неодимовые магниты (привет, электрокары). Известны случаи построения кулибиными ветрогенераторов мощностью до 5 кВт с использованием этих магнитов. Но есть и недостаток — при температуре выше 90°С он теряет свои суперсвойства, поэтому контроль нагрева таких двигателей очень важен, а значит важно знать сопротивление обмоток.

Тут конечно еще много неизвестных. Нужно определить максимальный ток провода при импульсном питании. Есть такие данные:

1А — 0.05мм, 3А — 0.11мм, 10А — 0.25мм, 15А — 0.33мм,
20А — 0.4мм, 30А — 0.52мм, 40А — 0.63мм, 50А — 0.73мм,
60А — 0.89мм, 70А — 0.92мм, 80А — 1.00мм, 90А — 1.08мм, 100А — 1.16мм

Вроде бьются с моими параметрами, но откуда они я пока не разбирался. Похоже на ток плавкого предохранителя, т.е. прям край-край. Если руководствоваться ими, то в моем случае диаметр 0,4мм «по меди» даст 20А, а мощность при 3S Li-Po батареии составит P = 3*3,7*20 = 222 Вт; при 4S составит P = 4*3,7*20 = 296 Вт. Какое максимальное напряжение можно подать зависит от теплового баланса, т.е. от условий охлаждения, а это посчитать уже проблематично — проще измерить, но это, возможно, тема отдельной статьи.

Лично мне измерение сопротивления моего двигателя помогло убедиться в том, что найденные в интернете характеристики мотора, внешне похожего на мой, заслуживают доверия. Его заводские характеристики: ток без нагрузки 0.4А, максимальный ток 22 А, мощность 260 Вт (механическая в соответствии с ГОСТ Р 52776-2007). А в другом месте нашел, что у подобного мотора сопротивление 0.119 Ом, что в принципе, близко к моим результатам.